DE1152641B - Vorrichtung zum Handsteuern fuer Flugzeug-Abwehrgeschuetze - Google Patents

Description

Um zweiachsig gelagerte Waffen und Geräte, die sowohl um eine senkrechte als auch um eine dazu unter 90° liegende zweite Achse schwenkbar sind, nach schnellfliegenden Luftzielen richten zu können, werden kraftgebende hydraulische oder elektrische Antriebe verwendet, die so ausgebildet sind, daß die Bedienung durch einfach auszuführende Tätigkeiten erleichtert wird. Hierbei werden sogenannte Geschwindigkeitsgetriebe verwendet, die entweder durch zwei Handgriffe oder durch einen beide Richtbewegungen der Waffe oder des Gerätes beeinflussenden Steuerknüppel bedient werden.

Es hat sich gezeigt, daß bei sehr schnell fliegenden Zielen die Bedienung der Antriebe trotzdem recht schwierig ist, weil wegen der schnellen Änderungen der Winkelgeschwindigkeiten, mit denen die Waffe oder das Gerät um die beiden Achsen geschwenkt werden müssen, die Handgriff- oder Steuerknüppelstellungen sich ebenfalls schnell ändern und dem Bedienungsmann das Auffinden der richtigen Stellungen der Bedienungselemente nicht immer gelingt. Aus diesem Grunde ist bereits eine Vorsteuerung bekannt, durch die in Verbindung mit einem Steuerknüppel als Bedienungselement eine Bedienungserleichterung dadurch erreicht wird, daß die freie Bewegungsmöglichkeit des Steuerknüppels eingeschränkt wird. Zu diesem Zwecke wird der Steuerknüppel in einer radialen Führung in einer drehbaren Scheibe geführt und die Bewegungsrichtung des Steuerknüppels durch selbsttätiges Drehen der Scheibe mit der Führung nach dem Ergebnis eines Rechenprozesses vorgegeben, so daß dem Bedienungsmann nur noch die Aufgabe zufällt, die Größe der Auslenkung des Steuerknüppels in der vorgegebenen Richtung von Hand einzustellen.

Diese Vorsteuerung löst die Aufgabe noch nicht in vollkommener Weise. Sie ist auf die Knüppelsteuerung beschränkt und überläßt dem Bedienungsmann noch einen wesentlichen Teil der Richttätigkeit.

Die Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zum Handsteuern für Flugzeug-Abwehrgeschütze, Beobachtungs- und Vermessungsgeräte für Flugzeuge, bei der die Antriebsgeschwindigkeiten für Seite und Höhe der Waffe bzw. des Gerätes auf Grund von Zielbeobachtungen mittels einer mit dem Geschütz bzw. dem Gerät bewegten Optik von Hand einstellbar sind und die eine Vorsteuerung zur Erleichterung bzw. Unterstützung der Bedienungstätigkeit des Richtschützen bzw. Beobachters aufweist.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht im wesentlichen darin, die vorstehend erwähnten Nachteile bei den bekannten Vorrichtungen der geschilderten Art zu vermeiden und eine Handsteue-Vorrichtung zum Handsteuern
für Flugzeug-Abwehrgeschütze

Anmelder:

Dr.-Ing. Alfred Kuhlenkamp,
Braunschweig, Maschstr. 42

Dr.-Ing. Alfred Kuhlenkamp, Braunschweig,
ist als Erfinder genannt worden

rung zu schaffen, die insbesondere bei schnellfliegenden Zielen eine einwandfreie Bedienung der Antriebe gewährleistet.

Dies ist erfindungsgemäß erreicht durch ein Rechengetriebe zum Ermitteln des Größtwertes der Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene, und zwar aus den beim Auffassen und kurzzeitigen Ansteuern des Zieles sich ergebenden Werten der Winkel zum Ziel, sowie durch ein Rechengetriebe zum laufenden Errechnen der für die weitere Zielverfolgung zu erwartenden Seitenwinkelwerte in der Flugebene, und zwar aus dem errechneten und dann als Konstante zugrunde gelegten Größtwert der Seitenwinkelgeschwindigkeit, ferner durch ein weiteres Rechengetriebe zum Errechnen der laufenden Seitenwinkel- und Höhenwinkelwerte für das Geschütz bzw. das Gerät, und zwar aus dem errechneten Seitenwinkelwert in der Flugebene, sowie durch Übertragungsvorrichtungen zum Übertragen der errechneten letztgenannten Seitenwinkel- und Höhenwinkelwerte in bekannter Weise auf die Richtantriebe des Geschützes bzw. Gerätes.

Für die Erfindung ist also entscheidend, den Größtwert der Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene mittels Rechengetriebe zu bestimmen und daraus die für die weitere Verfolgung des Zieles benötigten Seiten- und Höhenwinkelwerte zu berechnen und zur Steuerung der Waffe bzw. des Gerätes zu verwenden. Hierzu ist Voraussetzung die Kenntnis der jeweiligen Flugzeugbewegung, wie sie als Größtkreis oder scheinbarer Flugzeugweg auf der um die Waffe gelegt gedachten Kugel dargestellt ist. Eine geometrische Erläuterung hierzu ergeben die Fig. 1 bis 3.

Fig. 1 zeigt die geometrische Darstellung des wahren und des scheinbaren Flugweges;

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Fig. 2 ist das rechtwinklige sphärische Dreieck mit den Winkelwerten, die die Richtung zum Ziel bestimmen;

Fig. 3 stellt das rechtwinklige ebene Dreieck in der Flugebene, das die Lage des Zielpunktes zum Wechselpunkt angibt, dar.

In Fig. 1 bedeutet O den Standort der Waffe oder des Gerätes und der Größtkreis (KM₀W₀L) einen scheinbaren Flugweg, der bestimmt ist durch die Richtung KL der Spurlinie und den Neigungswinkel τ ίο der durch den Größtkreis bestimmten Flugebene. M₀ ist ein beliebiger Punkt auf dem scheinbaren Flugweg, durch den die Verbindungslinie mit dem auf dem wirklichen Flugweg M W hegenden Punkt M hindurchgeht. Die Richtung zum Punkt M ist durch den Seitenwinkel ^M₀'= σ und den Höhenwinkel M₀M₀ = γ gegeben. In der Flugebene ist die Richtung zum Punkt M durch den Seitenwinkel MK = a und den Neigungswinkel τ der Flugebene angegeben.

Die Winkel hegen in dem sphärischen rechtwinkligen Dreieck M₀KM₀ (Fig. 2), in dem außerdem der Winkel bei M₀ der Flugwinkel δ ist, der die

»scheinbare« Flugrichtung angibt.

In der Flugebene liegt der zum scheinbaren Flugweg KM₀L gehörende wahre FlugwegMW, auf dem W derjenige Punkt ist, in dem die Entfernung vom Standort O des Gerätes am kleinsten ist. Den Punkt nennt man den Wechselpunkt.

Fig. 3 zeigt den in der, Flugebene liegenden wahren Funktion sin² d des Seitenwinkels in der Flugebene berechnet werden.

Die Fig. 4 bis 11 zeigen Ausführungsbeispiele nach dem Erfindungsgedanken und lassen weitere Einzelheiten desselben erkennen.

Fig. 4 zeigt als Beispiel die Bestimmung der normalen Seitenwinkelgeschwindigkeit mit Hilfe einer hydraulischen Steuerung;

Fig. 5 ist die Gesamtanordnung;

Fig. 6 zeigt als Beispiel den getriebetechnischen Aufbau der Vorsteuerung mit den Winkelwerten als Eingangswerte,

Fig. 7 stellt als Beispiel den getriebetechnischen Aufbau mit den Wickelgeschwindigkeiten als Eingangswerte dar;

Fig. 8 zeigt als Beispiel den getriebetechnischen Aufbau für die Berechnung der Winkelgeschwindigkeitswerte;

Fig. 9 zeigt die geometrischen Verhältnisse für die Berechnung der Vorhaltwinkel;

Fig. 10 stellt die grundsätzliche Anordnung des Vorhaltrechners dar, und

Fig. 11 zeigt das Gesamtfunktionsbild mit Vorhaltrechner.

Zur Bestimmung der maximalen Seitenwinkel-

geschwindigkeit ω_α

kann man folgendermaßen

vorgehen: Der für einen geradlinigen Flugweg nach Fig. 1 bzw. 3 geltende Seitenwinkelverlauf wird in Abhängigkeit von der Zeit t auf einer drehbaren oder

Flugweg mit den auf diesem hegenden Punkten M 30 verschiebbaren Kurvenscheibe aufgetragen. Die Be- und W. Der Seitenwinkel d in der Flugebene er- zugszeichen M' und W sind die Projektionen der

scheint in der eingezeichneten Weise im Punkt O und im Punkt M. Mit e„, als der kürzesten Entfernung gilt in dem rechtwinkligen Dreieck OMW

cot σ' =

t,

wenn ν die Fluggeschwindigkeit und t die Zeit bedeutet, die das Flugzeug, wenn es sich im Punkt M Punkte M und W in der Horizontalebene. Mit K ist der Punkt bezeichnet, in dem die Spurlinie K-L der Flugebene die Kugel schneidet.

Fig. 4 zeigt als Beispiel eine verschiebbare Kurvenscheibe 1, von der durch einen Abtaster 2 der jeweilige Seitenwinkel a'_KS als Verschiebewert abgenommen und auf ein Vergleichsgetriebe, bestehend aus einem zweiarmigen Hebel 3, übertragen wird.

befindet, benötigt, um den Wechselpunkt W zu er- 40 Auf der anderen Seite vom Drehpunkt 9 dieses zwei

reichen. Da — gleich der maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_{ο max} ist, ergibt sich für den Seitenwinkel σ' die Beziehung

σ'= ÜTC COt(Uo, max't,

wobei ω_σι _max eine Konstante ist.

Ist die Konstante ω_α· _max bekannt, so ist auch von jedem behebigen Seitenwinkelwert an der weitere zeitliche Verlauf des Seitenwinkels σ aus dieser Gleichung zu berechnen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die im weiteren Verlauf der Flugzeugbewegung zu erwartenden Seitenwinkelwerte in der Flugebene durch eine Kurvenscheibe gegeben und werden durch Abgreifen der Kurvenscheibe entnommen, wobei der Antrieb der Kurvenscheibe mit einer der maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene entsprechenden Geschwindigkeit erfolgt.

armigen Hebels 3 greift in gleicher Weise ein Stößel 4 ein, der nach dem in entsprechenden Rechengetrieben berechneten Seitenwinkel σ' zum jeweiligen, augenblicklichen Zielpunkt verstellt wird. Das im Drehpunkt 9 angelenkte Gestänge 5 bewegt, sobald der verschiebbare Drehpunkt 9 seine durch die waagerechte Lage des Vergleichshebels 3 gegebene Nullstellung nach oben oder unten verläßt, einen Doppelkolben-Steuerschieber 6 und gibt einen Druckölstrom frei, der entweder in dem rechten oder linken Teil eines langen, mit der Kurvenscheibe fest verbundenen Zylinders 7 über die Schlauchleitungen 10 bzw. 11 eintritt und den Zylinder 7 gegenüber dem gehäusefesten Kolben 8 mit einer der Steuerschieberstellung entsprechenden Geschwindigkeit verschiebt. Die Stellung des Steuerschiebers 6 verändert sich so lange, wie die aus der Kurvenscheibe 1 entnommenen Seitenwinkelwerte a'_KS mit den aus der Zielbewegung abgeleiteten Seitenwinkelwerte σ nicht überein-

Eine andere Lösungsmöglichkeit besteht darin, daß 60 stimmen. Der Vorgang ist beendet, sobald die vorgean Stelle der Seitenwinkelwerte bei einer Ausfüh- nannten Winkelwerte übereinstimmen. Der Zylinder 7

rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Seitenwinkelgeschwindigkeitswerte zugrunde gelegt werden. Es ergibt sich also in diesem Falle, daß die im weiteren Verlauf der Flugzeugbewegung zu erwartenden Seitenwinkelgeschwindigkeitswerte in der Flugebene aus der maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene und der mathematischen bewegt sich alsdann mit einer konstanten Geschwindigkeit, die der gesuchten maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_ο· max proportional ist. Eine Ausführungsform der Gesamtanordnung und eine Lösung der Versteuerung zeigt Fig. 5.

Die Richtantriebe sind allgemein sogenannte Geschwindigkeitssteuerungen, bei denen die Handrad-

Stellungen der Geschwindigkeit der Ausgangswerte proportional sind, wobei diese Proportionalität nicht in jedem Falle streng eingehalten wird. In Fig. 5 ist dieser Fall dargestellt.

Durch Betätigen der Handräder 12 und 13 und Verstellen dieser Handräder etwa proportional der Geschwindigkeit der Winkelwerte α bzw. γ, wie sie an der Waffe 14 oder dem Richtgerät vorhanden sind, wird die Waffe oder das Gerät mit Hilfe einer optischen Zieleinrichtung auf das Flugzeug gerichtet. Die Richtantriebe 15 sind in diesem Falle Integrationsgetriebe, die die erforderliche Antriebsenergie abgeben.

Die an der Waffe vorhandenen Winkelwerte σ und γ werden als Eingangswerte a_e und y_e in das Rechenaggregat 16 der Vorsteuerung hineingegeben. Die Vorsteuerung berechnet die zukünftig zu erwartenden Richtwerte, die als Ausgangswerte a_a und y_a in den Differentialen 17 und 18 mit den aus den Richtantrieben 15 herauskommenden Winkelwerten verglichen werden. Die Differenz a_e — a_a bzw. y_e—y_a zwischen den vom Richtantrieb kommenden und dem erforderlichen Winkelwert dient zur zusätzlichen Beeinflussung der Steuergetriebe durch Überlagerung über den Handradwert in den Differentialen 19 und 20. Die Steuergetriebe 15 werden auf diese Weise nach einem einmaligen Einsteuern mit Hilfe der Handräder 12 und 13 selbsttätig verstellt, so daß der Bedienungsmann sich auf die Einstellung der gegebenenfalls erforderlichen Korrekturen beschränken kann.

Einen beispielsweise getriebetechnischen Aufbau der in der Vorsteuerung zu lösenden Rechenaufgaben zeigt Fig. 6.

Die in die Vorsteuerung hineingehenden Werte sind in dem gewählten Beispiel der Höhenwinkel y_e der Waffe oder des Richtgerätes und der Seitenwinkel a_e.

Die erste Getriebegruppe α dient zur Berechnung des Flugwinkels b. Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, ist zunächst die Seitenwinkeländerung aus der Äquatorebene in die Breitenkreisebene umzurechnen. Das geschieht dadurch, daß die Reibscheibe 21 durch den von der Waffe kommenden Seitenwinkel gedreht und die Reibrolle22 proportional dem cosy verschoben wird, wobei cos y dem Sinus-Cosinus-Getriebe 23 entnommen wird. Zufolge der Beziehung

OJ₀" = COS γ ■ OJa

ergibt sich der in die Breitenkreisebene umgerechnete Seitenwinkel als Drehwert der Reibrollenachse 24.

Die Reibrollenachse 24 gehört sowohl zur Reibrolle 22 als auch zur Reibrolle 25 und treibt unmittelbar die Reibscheibe 26 des zweiten Reibgetriebes an. Infolge der mathematischen Beziehung

sin δ = ——,--

ist die Drehgeschwindigkeit der Reibscheibe 26 gleich der Winkelgeschwindigkeit des Seitenwinkels σ' in der Flugebene, wenn die Reibrolle 25 um den Wert sin δ aus der Mitte der Reibscheibe 26 verschoben wird. Die Verschiebung erfolgt durch eine Kurvenscheibe 27, die proportional zum Flugwinkel δ gedreht wird und so ausgebildet ist, daß sie nach der einen Seite den Wert d, nach der anderen Seite den Wert cos δ als Verschiebewert der Abtaster 28 und 29 liefert.

Der Flugwinkel δ ergibt sich durch das Zusammenwirken des zweiten Reibgetriebes 26 mit einem dritten Getriebe 31, in dem die Reibrolle 30 proportional zum Höhenwinkel gedreht und proportional dem Wert cos δ verschoben wird.
Da wegen

cos δ = —~-

auf diese Weise die Reibscheibe 31 sich ebenso wie die Reibscheibe 26 proportional der Winkelgeschwindigkeit ω_α< dreht, ist die Stellung der Kurvenscheibe 27 dann richtig, wenn die Differenz der Drehwerte der beiden Reibscheiben 26 und 31 Null ist. Die Drehwerte werden in einem Summengetriebe 32 verglichen. Die Differenz dient zur Verdrehung der Kurvenscheibe 27.

Der so bestimmte Wert sin σ' geht in die Getriebegruppe b, die zur Bestimmung des Neigungswinkels der Flugebene dient. Infolge der sphärischen Beziehung

cos τ = sin δ · cos γ

berechnet sich der Funktionswert cos τ in einem Multiplikationsgetriebe, in dem der zweiarmige Hebel

33 um den Drehpunkt 34 durch Verschieben des Stößels 35 im konstanten Abstand um den Wert sin δ gedreht und auf der anderen Seite des Drehpunktes

34 der Produktwert cos τ durch den Stößel 35' im Abstand cos γ abgenommen wird.

Der Stößel 35' ist ein Teil des Sinus-Cosinus-Getriebes für τ, bestehend aus dem Kurbelarm 36 und dem Sinus-t-Stößel 37. Die Umwandlung des Cosinuswertes in den Winkelwert % geschieht im einzelnen in bekannter, nicht dargestellter Weise mit Hilfe einer Nachlaufeinrichtung.

Der Funktionswert sin τ dient in Verbindung mit dem vom Getriebe 23 kommenden Funktionswert sin γ nach der sphärischen Beziehung

sin σ · sin τ = sin γ

zur Berechnung des Funktionswertes sin σ' in der aus einem Multiplikationsgetriebe bestehenden Getriebegruppe c. Der Multiplikationshebel 38 wird durch den Stößel 39, der im Abstand sint vom Drehpunkt 40 um sin γ verschoben wird, gedreht.

Auf der anderen Seite wird im konstanten Abstand die Drehung als Verschiebung des Stößels 41 abgenommen. Die Verschiebung ist dem gesuchten Funktionswert sin α proportional.

Der Funktionswert sin d ist der Eingangswert in die Hauptgruppe d der Vorsteuerung. Er gelangt in das Vergleichsgetriebe 42, in das gleichzeitig der aus der Kurvenscheibe 43 entnommene Funktionswert sin a'_KS mittels Gestänges 47 hineingeht. Die Differenz sin σ' — sina^s dient zur Verstellung des Steuer-Schiebers 44 einer hydraulischen, integral wirkenden Steuerung, die auch durch eine elektrische oder pneumatische ersetzt werden kann. Der Steuerschieber 44 öffnet je nach der Stellung (s. auch Fig. 4) die eine der beiden Zulaufleitungen 144 und 244 für das Drucköl in den Zylinder 45 und bewirkt dadurch die Verschiebung des Kolbens 46, und zwar derart, daß zu jeder Stellung des Steuerschiebers 44 eine bestimmte Verschiebegeschwindigkeit des Kolbens 46 gehört. Mit der Kolbenstange 46 ist die Kurvenscheibe 43 fest verbunden. Die Kurvenscheibe 43 wird so lange verschoben, bis der vom Stößel 41 abgegriffene Funktionswert dem aus dem Getriebe c kommenden Funktionswert gleich ist. Das wird für den gesamten

Änderungsbereich des Winkels σ erreicht, wenn der Steuerschieber 44 eine ganz bestimmte, der maximalen Seistenwinkelgeschwindigkeit to_o,_max entsprechende Stellung eingenommen hat, wie im vorhergehenden erläutert wurde.

Die Kurvenscheibe 43 ist im unteren Teil entsprechend dem zum Funktionswert sin d_KS gehörenden Seitenwinkel a'_KS geformt, so daß der Abtaster 48 sich proportional zu a'_KS bewegt. Dieser Winkelwert ist der Eingangswert in die letzte Getriebegruppe e, die der Getriebegruppe α im Aufbau gleich ist. Der Winkelwert a'_KS dreht die beiden Reibscheiben 49 und 50. Die beiden Reibrollen 51 und 52 werden wie in Getriebegruppe α durch die beiden Stößel 53 und 54 durch Drehen der ^-Kurvenscheibe 55 verschoben und liefern als Ausgangswerte einmal den Höhenwinkel γ_Α und andererseits den Seitenwinkel a'xs üi der Breitenkreisebene. Der als Drehwert der Welle 56 erscheinende Winkelwert dreht die Reibrolle 57, die wieder entsprechend dem im Cosinusgetriebe 58 gebildeten Wert cos γ verschoben wird. Die Reibscheibe 59 gibt als Drehwert den Seitenwinkel a_A als zweiten Resultatwert der Vorsteuerung nach außen.

Um Unruihe im Gerät zu vermeiden, die durch die Eingangswerte a_e und y_e in die Eingangsgruppe α sich auf die Bestimmung des Flugwinkels auswirken könnte, kann nach der bereits benutzten sphärischen Beziehung

cos r = sin <5 ■ cos γ

in einer weiteren Getriebegruppe aus dem am Stößel 35 in der Getriebegruppe b entnommenen, gegebenenfalls durch mechanische oder elektrische Dämpfungsmittel bekannter Art beruhigten Funktionswert cos und dem im Getriebe 58 gebildeten Funktionswert cos γ der Funktionswert sin <5 und aus diesem <5 gebildet werden.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Aufbau des Rechners wurde davon ausgegangen, daß· die an dem Gerät bzw. an der Waffe vorhandenen Seiten- und Höhenwinkelwerte unmittelbar in den Rechner gehen. Es können aber auch die Winkelgeschwindigkeitswerte des Seiten- und Höhenwinkels die Eingangswerte in den Rechner sein. In diesem Fall ergibt sich beispielsweise ein Aufbau des Rechners nach Fig. 7.

Die Rechnergruppe a' stellt ein Sinus-Cosinus-Getriebe dar, in dem aus dem Höhenwinkel γ die Funktionswerte sin γ und cos -/ gebildet werden. Zu diesem Zweck wird die Kurbel 60 von konstanter Länge nach dem Höhenwinkel γ gedreht, so daß die beiden gegen die Kurbel 60 anliegenden und in senkrecht aufeinanderstellenden Richtungen verschiebbaren Abtaster 61 und 62 sich proportional den Werten sinj/ und cosy verschieben. Die Bewegung des Cosinusabtasters 61 überträgt sich in die Getriebegruppe b', die aus einem Multiplikationsgetriebe besteht, in dem der Multiplizierhebel 63 auf der einen Seite im konstanten Abstand von seinem Drehpunkt durch Gestänge 64 um den Wert der Seitenwinkelgeschwindigkeit oia ausgelenkt wird. Der auf der anderen Seite des Drehpunktes aufliegende Abtaster 65 wird durch den Cosinusschieber 61 um den Funktionswert cos γ aus dem Drehpunkt des Multiplizierhebels 63 heraus verschoben, so daß der Weg des Abtasters 65 dem Produkt co„ · cos γ proportional ist. Dieses Produkt gibt die Seitenwinkelgeschwindigkeit 03,,, in der Breitenkreisebene an. Die Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_αη geht als Verschiebebewegung des Gestänges 65 in die Getiiebegruppe c', in der der Flugwinkel δ bestimmt wird. Das Getriebe besteht aus einer an der verschiebbaren Stange 66 drehbar gelagerten Kurbel 67. Die Stange 66 wird proportional der Winkelgeschwindigkeit co_y des Höhenwinkels verschoben. Auf die Kurbel 67 wirkt der Abtaster 65, so daß ein rechtwinkliges Dreieck ABC gebildet wird, in dem die Beziehung gilt

tan δ =

ω_αιι

Durch die Ausschwenkung der Kurbel 67 erscheint bei A somit der Flugwinkel δ, von dem durch die Anordnung des Abtasters 68, gegen den die Kurbel 67 anliegt, der Funktionswert sin δ gebildet und als Verschiebung des Abtasters 68 weitergegeben wird. Der weitere Wertverlauf geschieht nach Fig. 6.

Der in Fig. 6 dargestellte Getriebeaufbau liefert weiterhin den Seitenwinkelverlauf in der Flugebene mit Hilfe der Kurvenscheibe 43.

Der Erfindungsgedanke kann in abgewandelter Form auch in der Weise verwirklicht werden, daß auf der Grundlage der ermittelten maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit co_B,_max die Seitenwinkelgeschwindigkeit Co₀, in Abhängigkeit vom Seitenwinkel α nach der Beziehung

<JJai UJa max ^αιίί ο·

für jeden Punkt des Flugweges berechnet wird.

Wie Fig. 8 erläutert, geht in diesem Falle der der Drehung der Reibscheiben 26 oder 31 in der Getriebegruppe α (Fig. 6) entnommene laufende Eingangsseitenwinkelwert σ/ in ein Vergleichsgetriebe 70, in das auf der anderen Seite der Ausgangswert σ/ hineingeht. Die Differenz a_e'—a_a', die nach Beendigung des Einsteuervorganges der gesuchten maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_α, _max proportional ist, geht zunächst in ein Verzögerungs- oder Dämpfungsgetriebe 71, das mit bekannten hydraulischen oder elektrischen Mitteln die Unruhe im Gerät, die durch den Eingangswert hereinkommt, dämpft. Der beruhigte Wert co_a,_max gelangt dann in das Multiplikationsgetriebe 72, in das außerdem der einer Kurvenscheibe 73 entnommene Funktionswert sin² a_a' hineingeht. Proportional dem Produkt

COa

sin* „,

wird in einem integral wirkenden Steuergetriebe 74 der Steuerkolben 75 verschoben, so daß sich durch die damit veränderte Druckölmenge der Kolben 76 im Druckölzylinder 77 mit einer der Winkelgeschwindigkeit co„,_a proportionalen Geschwindigkeit bewegt. Der Ausgangswert ist der zukünftig zu erwartende Seitenwinkelwert σ/, der einmal in die Gruppe e nach Fig. 6 geht und dort in den Seitenwinkelwert δ in der Horizontalebene und in den Höhenwinkel γ umgewandelt wird. Außerdem dient der Ausgangswert zum Antrieb der Kurvenscheibe 73 (Fig. 8).

Vor der Kurvenscheibe ist über ein Differential 78 die Integrationskonstante C einzuführen, durch die der Nullpunkt der Seitenwinkelzählung angegeben wird. Nach Beendigung des Einsteuervorganges ist ωα, _max konstant, der Ausgangswert σ/ ändert sich laufend infolge der im Getriebe verwirklichten Beziehung zwischen co_a,_max und sin² ₀,.

Wenn die Vorsteuerung in Verbindung mit Richtgeräten, die zum Vermessen des Luftzieles dienen,

verwendet werden soll, genügt der in Fig. 6, 7 und S beispielsweise beschriebene Aufbau zur Erfüllung der Aufgabe. Soll aber die Vorsteuerung in Verbindung mit Waffen, mit denen das Luftziel bekämpft werden soll, verwendet werden, ist noch die zusätzliche Aufgabe der Berechnung der Vorhaltwinkel zu lösen und der Einfluß des Vorhaltsverlaufes auf den Seitenwjnkelverlauf zu berücksichtigen.

Wie Fig. 9 zeigt, ist in diesem Falle zwischen dem Meßpunkt M, dem augenblicklichen Standort des Flugzeuges auf seinem geradlinigen Wege, und dem Treffpunkt T, den das Flugzeug nach Ablauf der Geschoßflugzeit t_G erreichen wird und in dem Flugzeug und Geschoß zusammentreffen sollen, zu unterscheiden. Die Bezugszeichen a_M und γ_Μ sind die Seiten- und Höhenwinkel zum Meßpunkt M. Zwischen den beiden Richtungen zum Meßpunkt M und zum Treffpunkt T liegt in der Flugebene der Vorhaltwinkel A.

. Die als Grundlage des Vorsteuerungsverfahrens dienende maximale Seitenwinkelgeschwindigkeit io„,_max in der Flugebene kann zur Berechnung der Vorhaltwinkel J benutzt werden. Das geschieht z. B. in der Weise, daß die Vorhaltwinkel für einen durch den mittleren Schußbereich hindurchgelegten geradlinigen Flugweg für alle Punkte des Flugweges berechnet werden, wobei diese Vorhaltwinkel dann auch mit genügender Genauigkeit für alle von dem mittleren Flugzeug abweichenden Flugwege innerhalb des Wirkungsbereiches der Waffe gelten. Der mittlere Flugweg möge in Fig. 9 durch die kürzeste Entfernung O W_m = e_wm für ein bestimmtes Waffenkaliber zu 600 m angenommen werden. Auf diesem mittleren Flugweg liegen die Punkte M_m und T_m. Der wirkliche Flugweg verlaufe im Abstand e_w am Beobachter O vorbei. Auf diesen mögen die Punkte M und T liegen. Aus der mit Hilfe der Rechenaggregate der Vorsteuerung gefundenen maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit iüa-mux ergibt sich für den mittleren Flugweg (z. B. e_wm = 600) eine Flugzeuggeschwindigkeit von

Vetvm —

a¹max

ewm

unterschiede M_1n-M proportional den Unterschieden in dzn Geschoßflugzeiten zu den Punkten T_m und T wären. Da die Geschoßflugzeit aber schneller als linear mit der Entfernung zunimmt, entsteht ein Fehler, der bei günstig gewähltem mittlerem Flugweg vernachlässigbar ist.

Der für die mittlere Geschwindigkeit v_em geltende VorhaltwinkelJ_ra ist dann entsprechend dem durch Schätzung ermittelten wahren Geschwindigkeitswert ν

ίο zu vergrößern bzw. zu verkleinern.

Das Gesamtfunktionsbild zeigt Fig. 11. In den Eingangsrechner 85 gehen als Eingangswerte entweder die laufenden Seiten- und Höhenwinkelwerte a_e, y_e oder die Winkelgeschwindigkeiten ω_α · ω_γ und Höhenwinkel y_t. Der Eingangsrechner 85 berechnet aus diesen Werten den Seitenwinkel σ/ in der Flugebene. Für den Fall, daß ein Vorhalt zu berechnen ist, wird der in den Eingangswerten enthaltene Vorhaltwinkel A im Differential 86 von dem Seitenwinkel abgezogen. Die Differenz a_e—Δ geht in die Hauptrechengruppe 87, in der die maximale Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_α, _max und aus dieser der laufende Seitenwinkelwert σ/ berechnet wird. Die maximale Seitenwinkelgeschwindigkeit geht in den Vorhaltrechner 88. Der Vorhaltwinkel J als Ergebnis der Vorhaltrechnung geht einmal über Differential 86 auf den Eingangswert und zweitens über Differential 89 auf den Ausgangswert. Durch die Addition des Vorhaltwinkels A zum Seitenwinkelwert a_a' entsteht der für den Treffpunkt geltende Seitenwinkelwert σ_α Τ'. Dieser wird in dem Ausgangsrechner 90 in die Seitenwinkelwerte o„T in der Horizontalebene und die Höhenwinkelwerte γ_α T umgewandelt, nach denen das Geschütz gerichtet wird.

Die Vorsteuerung der erfindungsgemäßen Ausbildung gestattet demnach, durch die Ergänzung durch einen Vorhaltrechner den Richtvorgang einer Waffe einschließlich der Berechnung der Vorhaltwinkel nach einem von Hand vorzunehmenden Einsteuer-Vorgang zu automatisieren, wo weder für die Vorsteuerung noch für die Vorhaltrechnung die Kenntnis eines Entfernungswertes oder die Schätzung der Flugrichtung notwendig ist.

Mit diesem Geschwindigkeitswert läßt sich in an sich bekannter Weise für jeden Punkt auf dem mittleren Flugweg, d. h. in Abhängigkeit vom Seitenwinkel σ' in der Flugebene aus der ebenfalls für jeden Punkt auf dem mittleren Flugweg durch die Ballistik des Geschützes und Geschosses bekannten Geschoßflugzeit die Vorhaltstrecke und der Seitenwinkelvorhalt A berechnen. Wie Fig. 10 erläutert, wird dazu ein Getriebe 80 benötigt, das beispielsweise ein Kurvenscheibengetriebe sein kann, das, wenn es proportional dem vorher ermittelten Seitenwinkel σ' gedreht wird, als Verschiebewert eines Abtasters die Geschoßflugzeit t_a zu den auf dem mittleren Flugweg liegenden Punkten liefert. Die Geschoßflugzeit t_G gelangt dann in die Getriebegruppe 81, in die außerdem die maximale Seitenwinkelgeschwindigkeit ω_α,,_ηαχ geht, die der Flugzeugschwindigkeit v_ewm auf dem mittleren Flugweg proportional ist. Aus beiden entsteht durch die Lösung der in dem schiefwinkligen Dreieck 0M_mT_m (Fig. 9) geltenden Winkelbeziehungen mit bekannten mechanischen oder elektrischen Mitteln der Vorhaltwinkel A_m. Die Vorhaltwinkel A_m auf dem mittleren Flugweg würden auch für alle parallel dazu verlaufenden Flugwege gelten, wenn die Entfernungs-

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum Handsteuern für Flugzeug-Abwehrgeschütze, Beobachtungs- und Vermessungsgeräte für Flugzeuge, bei der die Antriebsgeschwindigkeiten für Seite und Höhe der Waffe bzw. des Gerätes auf Grund von Zielbeobachtungen mittels einer mit dem Geschütz bzw. dem Gerät bewegten Optik von Hand einstellbar sind und die eine Vorsteuerung zur Erleichterung bzw. Unterstützung der Bedienungstätigkeit des Richtschützen bzw. Beobachters aufweist, ge kennzeichnet durch ein Rechengetriebe {a, b, c in Fig. 6) zum Ermitteln des Größtwertes der Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene, und zwar aus den beim Auffassen und kurzzeitigen Ansteuern des Zieles sich ergebenden Werten der Winkel zum Ziel, ein Rechengetriebe {d in Fig. 6; 70 bis 78 in Fig. 8) zum umlaufenden Errechnen der für die weitere Zielverfolgung zu erwartenden Seitenwinkelwerte in der Flugebene, und zwar aus dem errechneten und dann als Konstante zugrunde gelegten Größtwert der Seitenwinkelgeschwindigkeit, ein Rechengetriebe (e in Fig. 6) zum Errechnen der laufenden Seiten-

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winkel- und Höhenwinkelwerte für das Geschütz bzw. das Gerät, und zwar aus dem errechneten Seitenwinkelwert in der Flugebene, sowie Übertragungsvorrichtungen zum Übertragen der errechneten letztgenannten Seitenwinkel- und Höhenwinkelwerte in bekannter Weise auf die Richtantriebe des Geschützes bzw. Gerätes.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr eine Kurvenscheibe (1 in Fig. 4; 43 in Fig. 6) mit einer solchen Kurvenform, die den zu erwartenden Seitenwinkelwerten in der Flugebene entspricht, und ein Abgreifglied (2 in Fig. 4; 47, 48 in Fig. 6) zum Abgreifen der Werte vorhanden sind, wobei der Antrieb der Kurvenscheibe (1 bzw. 43) mit einer dem Größtwert der Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene entsprechenden Geschwindigkeit erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein derartig ausgebildetes Rechengetriebe (70 bis 78), daß dieses die zu erwartenden Seitenwinkelgeschwindigkeitswerte in der Flugebene aus der maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit in der Flugebene und der mathematischen Funktion sin² σ' des Seitenwinkels in der Flugebene berechnet (Fig. 8).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch eine mit der Kurvenscheibe (1), einem Abtaster (2) und einem Vergleichsgetriebe (3, 4) in Wirkzusammenhang stehende hydraulische Steuervorrichtung (5, 6, 7, 8, 10,11) in derartiger Anordnung und Ausbildung, daß mittels der hydraulischen Steuervorrichtung (5, 6, 7, 8, 10, 11) die maximale Seitenwinkelgeschwindigkeit dadurch bestimmt wird, daß durch den Abtaster (2) von der Kurvenscheibe (1) der Seitenwinkel σ' als Verschiebewert abgenommen und auf das aus einem zweiarmigen Hebel (3) bestehende Vergleichsgetriebe übertragen wird, wobei auf der anderen Seite vom Drehpunkt (9) des zweiarmigen Hebels (3) ein Stößel (4) eingreift, der nach dem in entsprechenden Rechengetrieben (a, Z), c in Fig. 6) berechneten Seitenwinkel α zum jeweiligen augenblicklichen Zielpunkt verstellbar ist (Fig. 4).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mittels eines im Drehpunkt (9) des Hebels (3) angelenkten, Gestänges (5) bewegbaren Doppelkolben-Steuerschieber (6), der je nach seiner Stellung einen Druckölstrom über Schlauchleitungen (10 bzw. 11) entweder zum rechten oder zum unken Teil eines langen, mit der Kurvenscheibe (1) fest verbundenen Zylinders (7) freigibt, der gegenüber einem gehäusefesten Kolben (8) verschiebbar ist (Fig. 4).

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gegebenenfalls in Zusammenhang mit einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtantriebe (15, 15' in Fig. 5) als bekannte Geschwindigkeitssteuerungen ausgebildet sind, wobei die Stellungen der Handräder (12,13) der Geschwindigkeit der Ausgangswerte proportional sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch ein unter Verwendung von an sich bekannten Hilfsmitteln derartig ausgebildetes Rechenaggregat (16), daß die Eingangswerte in das zur Bestimmung der maximalen Seitenwinkelgeschwindigkeit bestimmte Rechengetriebe (d in Fig. 6) aus den am Gerät oder der Waffe vorhandenen Seiten- und Höhenwinkelwerten abgeleitet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der in das Rechenaggregat die einsteuernden Winkelwerte a_e und y_e des Seiten- und des Höhenwinkels als Eingangswerte eingegeben worden sind, aus denen das Rechenaggregat die zukünftig zu erwartenden Richtwerte laufend berechnet, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (Differentiale 17, 18) zum laufenden Vergleichen der Ausgangswerte a_a und γ_α aus dem Rechenaggregat (16) mit den tatsächlichen, an den Richtantrieben (15,15') vorhandenen Richtwinkelwerten (σ und γ).

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch jeweils mit einem weiteren Differential (19 bzw. 20) versehene, derart ausgebildete Regelkreise (17-19-15-17 bzw. 18-20-15'-18), daß die Differenz des vom Richtantrieb (15 bzw. 15') kommenden Winkelwertes (σ bzw. γ) und des vom Rechenaggregat (16) kommenden Winkelwertes (σ_α bzw. γα) in die zusätzlichen Differentiale (19 bzw. 20) geleitet wird, welche nach Ende des mittels Hilfe der Handräder (12, 13) erfolgten einmaligen Einsteuerns der Vorrichtung die Richtantriebe (15 bzw. 15') selbsttätig verstellen (Fig. 5).

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 mit der Abänderung, daß statt der einsteuernden Seiten- und Hölienwinkelwerte a_e und y_e als Einsteuerwerte der Vorrichtung und als Eingangswerte für das Rechenaggregat (16) die beim Einsteuern vorhandenen Winkelgeschwindigkeitswerte co„ und ω, des Seiten- und Höhenwinkels und der Höhenwinkel γ herangezogen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch in an sich bekannter Weise arbeitende Rechengetriebe (80, 81) derartiger Ausbildung, daß mit dem ersten Rechengetriebe (80) die Geschoßflugzeit in Abhängigkeit vom Seitenwinkel α ermittelt wird, daß diese Geschoßflugzeit in dem zweiten, in der Flugebene gelegenen Rechengetriebe (81) mit der für den mittleren Flugweg geltenden Flugzeuggeschwindigkeit multipliziert wird (Fig. 10).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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